(aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS, ARS) (egyéb név: tRNS-ligáz)
a tRNS-hez kapcsolja a hozzá tartozó aminosavat; a folyamatot tRNS-töltésnek (charging the RNA) vagy aminosavtevősítésnek (activating the amono acid) nevezik. Minden aminosavfajtának külön enzime van; így húszféle aminoacil-tRNS-szintetáz ismert; ezeket a kapcsolódó aminosavak szerint nevezünk, pl. metionin-tRNS-szintetáz, fenilalanin-tRNS-szintetáz.
Mindegyik enzimben legalább két gomoly van: az N-végen a sarkallógomolya helyezkedik el; ez végzi a kapcsolódást: a tRNS C-végéhez köti az aminosavat. (→szállító RNS – aminosav kapcsolódás) A C-cégen található az ellenhármast kötő gomoly (anticodon binding domain). Néhány enzimnek hibajavító gomolya (vágógomolya) is van; ez ismeri fel a tévesen kötött aminosavat, és hasítja az észterkötését. Ahhoz, hogy megfelelő polipeptid képződjék, elengedhetetlen, hogy a tRNS a megfelelő aminosavat hordozza; a hiba előfordulása <1%. A sorkallógomoly jellegzetes mintázatú (Rossmann-hajték; Rossmann fold): öt párhuzamos, α-csavarral kapcsolt, β-lemezből áll.
A 20-féle aminoacil-tRNS-szintetázt két csoportba sorolják a Rossmann-hajték mintázatai és a tRNS-töltés módja szerint. 10–10 tartozik egy csoportba; ezek működésükben sem egyformák. Az enzimek a tRNS különböző elemeit ismerik fel, nem egyformán. Pl. a treonil-tRNS-szintetáz az aminosavat kötő kart (fogadókart) és az ellenhármas hurkot azonosítja; a glutaminil-tRNS-szintetáz egy harmadik elemet, a tRNS szerkezetében egymással párt képző G10–C25 bázispárt is egybeveti. Az ellenhármas hurok nem feltétlen szükséges a fajlagos kapcsolódáshoz, pl. analin-tRNS-szintetáz csupán egyetlen elem, az aminosavat kötő karon található G3–U70 bázispár alapján azonosít.